【摘要】：隨著光電子、微電子技術的發(fā)展,碳化硅晶體作為第三代半導體材料得到了廣泛的應用和高度的重視。而碳化硅晶體硬度高、脆性大,是一種典型的硬脆性難加工材料,所以金剛石磨粒磨削加工是其主要的精密加工方法。為了獲得較好的磨削表面質量,通常需要選用較細粒度的磨粒,而細粒度磨粒往往加工效率低,且加工過程中容易磨損和堵塞,因此,要實現(xiàn)碳化硅晶體的高效精密加工一直是一個難題。大量研究表明,超聲輔助磨削加工能有效的提高加工效率和工件表面質量。為了更好的揭示振動輔助磨削碳化硅晶體的材料去除機理,本課題提出對碳化硅晶體進行振動輔助劃擦仿真實驗。運用分子動力學和有限元仿真軟件LS-DYNA進行了碳化硅晶體超聲輔助單顆磨粒劃擦的仿真研究,通過對比有無超聲振動時的加工現(xiàn)象和加工效果,研究了超聲振動輔助磨削的去除機理。主要包括以下幾部分內容:(1)針對超精密磨削中的超細粒度磨粒造成的塑性變形去除,根據(jù)分子動力學的基本思想和原理,建立振動輔助單顆磨粒劃擦碳化硅的仿真模型。并對比了有無振動時劃擦力、非晶層、應力和位錯的變化,發(fā)現(xiàn)加入振動后劃擦力和最大應力值都會降低,劃擦力減小了40%左右,非晶層厚度減小了2nm,位錯消失。(2)通過分子動力學仿真研究劃擦參數(shù)對劃擦過程的影響。發(fā)現(xiàn)平均切向力和平均法向力都隨頻率和振幅的增大而減小,隨切深的增大而增大;非晶層厚度隨著頻率升高呈下降趨勢,非晶層的寬度隨振幅的增大而增大。(3)針對粗粒度磨粒導致的脆性斷裂,基于有限元軟件LS-DYNA,建立了仿真模型。通過光滑粒子流體動力學(SPH)方法研究了有無振動時劃擦力、裂紋的擴展和應力的變化,發(fā)現(xiàn)加入振動后劃擦力會出現(xiàn)周期性變化,裂紋的最大擴展深度減小了9μm,應力場由恒定變?yōu)橐粋�交變的應力場,但是最大等效應力基本不變。(4)通過有限元仿真研究劃擦參數(shù)對劃擦過程的影響。平均切向力和平均法向力都隨頻率和振幅的升高呈現(xiàn)減小的趨勢,隨著切深的增大而增大。裂紋的最大擴展深度隨著頻率的升高而減小,同時,隨著振幅的增大,會使得工件內部會產(chǎn)生更多微小的側向裂紋。(5)定量的研究了振動輔助劃擦中干涉作用的影響。發(fā)現(xiàn)干涉作用對劃擦力的減小比例有顯著的影響,干涉比隨著頻率和振幅的升高而增大,隨著速度的增大而降低。分子動力學中,劃擦力的減小比例隨干涉作用的增強增大到了75%左右;SPH法中,隨干涉作用的增強增大,切向力的減小比例增大到了45%左右,法向力的減小比例增大到了20%左右。
【圖文】：

襯底晶片的制造流程

SiC晶格結構示意圖
【學位授予單位】：華僑大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TN304;O351.2

【參考文獻】

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本文編號：2664019